수소 연료 전지 (fuel cell)

수소 연료 전지 (fuel cell)

 

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▶ 연료전지에서, 연료는 수소 기체(H2 gas).

 

 

▶ 수소 연료전지는 이름 그대로,

수소를 연료로 사용해서 전기를 만드는 장치.

 

 

▶ 외부에서 수소 기체(H2)와 공기(산소, O2)를 공급하면,

산화-환원 반응에 의해 전기가 발생.

( 에너지 변환: 화학 에너지 → 전기 에너지 )

 

 

▶ 이 과정에서 물(H2O)이 생성됨.

2H2 + O2 → 2H2O

 

배출물이 오로지 ‘물’이기 때문에,

수소연료전지 자동차를 무공해라고 함.

 

 

 

 

▶ 수소 연료전지의 산화-환원 반응

> 산화전극 (–극): 2H2 → 4H^+ + 4e^-

> 환원전극 (+극): O2 + 4H^+ 4e^- → 2H2O

> 전체 반응: 2H2 + O2 → 2H2O

( 참고: 화학 전지 용어 정의 https://ywpop.tistory.com/8254 )

 

 

 

 

 

▶ 산화 반쪽 반응식

> 2H2 → 4H^+ + 4e^-

> H의 산화수는 0에서 +1로 증가, H2는 산화됨.

 

 

▶ 환원 반쪽 반응식

> O2 + 4H^+ 4e^- → 2H2O

> O의 산화수는 0에서 –2로 감소, O2는 환원됨.

 

 

▶ 전체 산화-환원 반응식

> 2H2 + O2 → 2H2O

> 산화된 물질 = H2 (H2는 환원제)

> 환원된 물질 = O2 (O2는 산화제)

 

 

반응형

 

 

[참고] 환원 반쪽 반응식의 H^+ 이온

---> H2SO4와 같은 산성 전해질 용액 속에서,

이 반응이 일어난다는 것을 의미한다.

---> 아래 연료 전지 그림에서,

Electrolyte 용액 속 이온 = H^+ 이온.

 

 

 

[참고] O2 환원 반응

> O + 2e^- → O^2-

> 2O + 4e^- → 2O^2-

> O2 + 4e^- → 2O^2-

 

 

 

 

 

 

[ 그림 출처 https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell ]

 

 

 

 

[ 참고 https://ywpop.blogspot.com/2023/10/hydrogen-oxygen-fuel-cell-redox.html ]

수소-산소 연료전지의 산화-환원 반응식 ( 염기성 전해질 용액 속 반응 )

 

 

 

 

 

[참고] 직접 메탄올 연료 전지

> Direct methanol fuel cell. DMFC

[ 네이버 지식백과 ]

[ https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_methanol_fuel_cell ]

[ 한글 위키백과 ]

 

 

 

 

[ 그림 출처 Wikimedia ] NASA의 Direct-methanol fuel cell.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/24097 ] 고분자전해질 연료전지. PEMFC

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/4162 ] 왜 연료전지라 부르나요?

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/10214 ] 연료전지의 에너지 효율이 높은 이유

 

[ 참고 사이트 https://www.h2news.kr/ ] 월간수소경제

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5654 ] 물의 전기분해

 

 

 

[키워드] 수소 연료전지 기준, 수소 연료전지 사전